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一束光的旅程,當關閉手電筒時,光消失了嗎?

現實中很多東西都讓我們無法停下思考,比如人類的真正起源是什麼?浩瀚的宇宙中為何至今找不到外星人?光速是最快的速度嗎?當我們關閉手電筒的時候,光跑哪裡去了呢?

夜空中消失的光線

在日常生活中,晚上無論是你點上蠟燭還是開啟電燈,只有持續開啟光源才會照亮周圍的事物,所以我有時候總是認為只要關閉光源以後,光線就會立即消失了。正如我們小時候做的實驗,當晚上我們用手電筒照向夜空,會發射出一道白光,一旦關閉電源光立即消失。

光線是消失還是繼續傳播?

那麼問題隨之而來:”這道光線到底是自然消失了還是繼續在空間中傳播呢?如果消失又是以什麼樣的狀態消失的”要分析明白這個問題,事實上只需要嘗試以量子力學的基礎知識來認證一下,其實看起來還是非常簡單的。

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遇事不決,量子力學

1、光是什麼?

關於光線是什麼這個問題從2000年前的古希臘人到現代研究人員都一直努力尋找著最準確的答案。早在2500年前我國賢者墨子和他的學生就透過光學現象製作出世界上第一個”小孔成像“的實驗了。他解釋了小孔成像的原因,指出光具有直線傳播的特點,這是歷史上人類對光的奧秘最初的探索和解釋。

200年後西方國家歐幾里得著寫了《光學》一書,也墨子的結論相符,認為光線是直線傳播的,而且利用非常簡單的數學方式闡述了光的反射規律。但是歐幾里得的理論存在一個錯誤——能看到天空中的星星,是因為眼睛發出的光速度極快,抵達星星後再次反射回到眼睛中。

其實這是我們小時候經常犯過的常識性錯誤,眼睛本身並不會發光,更不會發射光線,能看到物體是因為光線傳到眼睛的結果。當然在過去的年代歐幾里得並不清楚物體發光的原因,但是能在那個時候提出超前的理論也是非常了不起的。

人類最初對光的研究是總結光學方面的某些規律,以那個時候的科技認知,顯然並沒有深入研究明白光的本質問題了。

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2、光的本質

2000年前的羅馬人盧克萊修,他是德謨克利特原子的支持者,提出光是一種極小微粒的結論,這也是他最早提出關於光的本質微粒說學說的。隨後皮埃爾伽桑狄、牛頓等人也認同並繼承了微粒說,同時光的粒子說也是主流理論之一,兩者持續經歷了數百年的拉鋸戰。

直到20世紀初科學家對光的本質才有了最科學的解釋,現在我們瞭解到原子核外存在著電子,呈現能級分佈規律,電子沒連續性過程而是具有一種跳躍性行為,看起來非常違背常識,不過量子力學的魅力就在於此,很多時候都會顛覆我們的各種常識和思維方向。

科學家們研究表明在電子不停地躍遷的過程中通常會伴隨著能量的吸收和釋放,這種微觀的世界現象確實讓人有些觀以理解,不過這種能量便是光子。光子就是光量子,是能量的一種載體。在量子力學中提到光量子是不可以再分地,在日常生活中我們常常看到不同的光線,可以理解為電子躍遷釋放的光子。而這種躍遷又分為受激輻射和自發輻射。我們在文中提到的手電筒光線就是受激輻射。

我們要知道通常的情況下原子核外的電子,都在基態上不會有高能量變化躍遷行為的發生,但是當外部力量介入,基態上的電子就會吸收能量從而產生躍遷行為,繼而釋放出大量高能光子,這恰恰是手電筒發光的本質和原理。在白天的時間裡當我們能看到物體也是因為基於受激輻射,萬物皆原子,白天太陽光發出的光子抵達地球,物體原子核外的基態電子吸收陽光釋放光子,而光子傳導到人類眼睛。

一束光的旅程,當關閉手電筒時,光消失了嗎?

一束光的旅程

按照以上理論那麼文章開篇的問題就很好解釋了,當晚上開啟手電筒便會持續釋放光子,如果光子射向牆壁會被牆壁核外電子釋放,並釋放光子,於是牆壁就被照亮了。如果光線直接射向夜空中,有一部分光子會被空氣吸收,而大部分光子會射向宇宙之中,如果光子不遇到物質阻隔我們認為光線就會一直傳播下去。

光子是能量不會憑空消失,而是會被其他電子 吸引、釋放,隨著光子頻率不斷改變,手電筒射向宇宙中的光子有不同的命運,一是會撞上某些天體、宇宙塵埃等物質被吸收,這是通常發生的情況,另外也有可能會被宇宙中的黑洞引力捕獲,便會永久束縛在黑洞之中了。如果光線幸運地避開了物質和黑洞,那麼它便會一直在宇宙中前行了。

關於一束光的旅程,當關閉手電筒時,光消失了嗎這個問題,您還會有何種釋放呢?感謝閱讀!